[发明专利]一种锂离子电池的电极复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型能源材料技术领域，特别是涉及一种锂离子电池的电极复合材料及其制备方法。

背景技术

传统上锂离子电池的电极复合材料的制备方法是通过粘合剂将电极材料涂覆在金属箔片上并成形得到，该方法的缺点有在涂覆过程中会使用较多的粘合剂，造成部分电极材料不能充分利用，无法获得高面密度的电极复合材料，同时电极材料与集流体之间的结合力较差，易产生电极剥落现象，降低其机械可靠性，弯曲率受限。电极复合材料应用到电池产品中，使电池产品的电容量降低、内阻增大、使用寿命变短、加工工艺复杂及成本增加，限制了锂电池的广泛应用。

通常采用金属箔片作为集流体，在循环过程中，电极材料随着锂离子的嵌入及脱嵌会发生体积的膨胀与收缩，产生的机械应力使电极材料在循环过程中逐渐粉化，引起电极与集流体的开裂与剥落，活性物质之间电接触丧失，内阻增大，表现出较差的充放电循环性能。为了避免这个技术问题，现有的电极复合材料需要制作的相对较薄，致使电极材料的面密度较小，而为了得到相应的容量及能量密度，后续的电池组装加工中需要采用较厚的涂层及大量的多片层叠形式，当涂层厚度较大时，又会使电极的加工性能变差，这种多层的累积在性能上也会造成电池内阻增大和循环稳定性能下降。较厚涂层的存在也使电极材料易折断，使其与集流体相分离。即使采用较薄的电极复合材料，也无法实现较小的曲率变化，限制了卷曲型电池等电池产品的结构和外形。这些现有技术上的相互制约，造成了现有技术中的电池的内阻、寿命以及能量密度和容量等参数无法得到实质的改善。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种使电池性能更好、寿命更长的锂离子电池的电极复合材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种锂离子电池的电极复合材料，包括集流体、电极材料、碳化介质和多孔性聚合物胶，所述集流体采用多渗孔的金属泡沫，所述电极材料填充在所述集流体的多渗孔中，所述碳化介质位于所述集流体和所述电极材料之间，所述多孔性聚合物胶位于所述集流体的表面。

在本发明一个较佳实施例中，所述集体流的多渗孔的孔率为30%-95%，所述金属泡沫的金属材料包括镍、银、金、铜、铝及它们的合金、不锈钢。

在本发明一个较佳实施例中，所述电极材料包括正极材料或负极材料，所述正极材料采用锂离子化合物，所述锂离子化合物包括LiMn₂O₄、Li₃V₂(PO4)₃、LiFeM₁PO₄、LiMnO₂、LiMnM₂O₂、LiFePO₄中的一种或多种，其中M₁包括Ni、Co、Mn、Mg、Ca、Cr、V、Sr，M₂包括Ni、Co、Mg、Ca、Cr、V、Sr，所述负极材料包括碳材料、硅材料、SiO₂、氮化物、SnO₂、Sb₂O₃、Li₄Ti₅O₁₂中的一种或多种，所述碳材料包括天然的或人工合成的石墨、石墨碳纤维、中间相碳微球、硬碳、碳纳米管、石墨烯。

在本发明一个较佳实施例中，所述碳化介质是立体网状结构，包覆所述集流体和所述电极材料。

在本发明一个较佳实施例中，所述多孔性聚合物胶包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氧乙烯、聚丙烯酸甲酯、具有丙烯酸酯单体的聚合物中的一种或多种，所述多孔性聚合物胶的厚度为1μm-5μm，粘度为0.1Pa·S-10Pa·S。

在本发明一个较佳实施例中，所述电极复合材料是片状材料，厚度为100μm-100cm。

所述锂离子电池的电极复合材料的制备方法步骤为：加入粘合剂到溶剂中制成胶体溶液，再加入电极材料和导电剂，搅拌均匀成膏状浆料，将得到的浆料填充到集流体的多渗孔中，进行第一次干燥，用压延器压铸成一定厚度，再在惰性气体中煅烧，冷却后在集流体表面涂覆多孔性聚合物胶，进行第二次干燥，得到锂离子电池的电极复合材料。

在本发明一个较佳实施例中，所述粘合剂包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、羧甲基纤维素钠、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、三元乙丙橡胶、合成橡胶、聚氨酯中的一种或多种，所述导电剂包括碳黑、乙炔黑、碳纳米管、超细碳粉或气相生长碳纤维。